生物敏感膜的制备精选课件.ppt
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1、关于生物敏感膜的制备第一页,本课件共有76页2 第一节第一节 生物敏感膜生物敏感膜 敏感膜的构成敏感膜的构成:膜基体膜基体 膜材料膜材料 生物敏感材料生物敏感材料第二页,本课件共有76页31、膜基体、膜基体 膜基体是敏感膜的载体,它关系着有效发挥膜基体是敏感膜的载体,它关系着有效发挥敏感材料的作用和膜的寿命,也即生物传感器的敏感材料的作用和膜的寿命,也即生物传感器的使用寿命。使用寿命。常用的膜基体有:常用的膜基体有:金属材料金属材料,如铂、金、钯等;,如铂、金、钯等;半导体材料半导体材料,如石英、玻璃、氮化硅、硅、锗,如石英、玻璃、氮化硅、硅、锗等;等;有机材料有机材料,如聚氯乙烯、硅橡胶、,
2、如聚氯乙烯、硅橡胶、纤维素等。纤维素等。第三页,本课件共有76页42、膜材料膜材料 膜材料是固化敏感材料成膜的物质,是敏膜材料是固化敏感材料成膜的物质,是敏感材料的支持物。感材料的支持物。它必须它必须具有一定的刚性和具有一定的刚性和韧性,要适合于韧性,要适合于敏感材料的搭载与结合;敏感材料的搭载与结合;它必须具有化学或物理附着力,以利于它必须具有化学或物理附着力,以利于固化在膜基体上。固化在膜基体上。第四页,本课件共有76页5膜材料包括有四类:膜材料包括有四类:有机聚合物类有机聚合物类:如聚氯乙烯、聚苯乙烯、:如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氟乙烯、葡聚糖、硅橡胶等;聚氟乙烯、葡聚糖、硅橡胶等;无机物
3、类无机物类:如多孔玻璃、活性炭、石墨、石如多孔玻璃、活性炭、石墨、石英、硫化物、粘土等;英、硫化物、粘土等;天然生物材料类:天然生物材料类:如琼脂、动植物细胞膜、如琼脂、动植物细胞膜、卵磷脂等;卵磷脂等;人工合成的生物材料类:人工合成的生物材料类:如各种两亲有机如各种两亲有机化合物构成的双层脂膜,如磷脂。化合物构成的双层脂膜,如磷脂。第五页,本课件共有76页63、生物敏感材料生物敏感材料 生物敏感材料是生物传感器的核心,生物敏感材料是生物传感器的核心,有人称它为分子探针。有人称它为分子探针。常用的生物敏感材料有:酶、微生物常用的生物敏感材料有:酶、微生物(病病毒、细菌毒、细菌)、动植物组织、化
4、学和生物发光物、动植物组织、化学和生物发光物质、抗体和受体、质、抗体和受体、DNADNA等生物敏感组分。等生物敏感组分。第六页,本课件共有76页7具体方式有四种:具体方式有四种:膜基体膜基体膜材料膜材料敏感材料敏感材料 膜基体膜基体膜材料敏感材料膜材料敏感材料 膜基体(膜材料)膜基体(膜材料)敏感材料敏感材料 膜基体敏感材料膜基体敏感材料第七页,本课件共有76页8第二节第二节 生物敏感材料的生物敏感材料的 固定化技术固定化技术 生物敏感膜的制备技术就是将生物活生物敏感膜的制备技术就是将生物活性物质进行固定化的技术,它是生物传感性物质进行固定化的技术,它是生物传感器研究的重要内容。器研究的重要内
5、容。第八页,本课件共有76页9 固定化目的:固定化目的:将生物活性物质限制在一定的空间,同时将生物活性物质限制在一定的空间,同时不妨碍底物的自由扩散。不妨碍底物的自由扩散。第九页,本课件共有76页游离相的生物活游离相的生物活性材料性材料固相载体固相载体固相生物活性材料固相生物活性材料(eg:固定化酶):固定化酶)固定化技术固定化技术第十页,本课件共有76页11固定化技术应满足:固定化技术应满足:固化后的生物组分仍能维持良好的生物活性;固化后的生物组分仍能维持良好的生物活性;固定化层要有良好的稳定性和耐用性,且固定化层要有良好的稳定性和耐用性,且能适应多种测试环境;能适应多种测试环境;第十一页,
6、本课件共有76页12 生物敏感物质的固定化方法,大致划分为生物敏感物质的固定化方法,大致划分为吸附法、包埋法、夹心法、共价键固定法、吸附法、包埋法、夹心法、共价键固定法、交联法。交联法。第十二页,本课件共有76页13一、吸附法一、吸附法 吸附法是用非水溶性载体物理吸附或离吸附法是用非水溶性载体物理吸附或离子结合,使生物组分固定在其表面的方法。子结合,使生物组分固定在其表面的方法。包括:物理吸附包括:物理吸附 离子交换吸附离子交换吸附第十三页,本课件共有76页14物理吸附法物理吸附法 物理吸附法主要通过物理吸附法主要通过范德华力范德华力的作用的作用将生物组分吸附在水不溶性的惰性载体上。将生物组分
7、吸附在水不溶性的惰性载体上。常用载体有多孔玻璃、活性炭、氧化常用载体有多孔玻璃、活性炭、氧化铝、石英砂、纤维素膜、葡聚糖、琼脂糖铝、石英砂、纤维素膜、葡聚糖、琼脂糖等,等,第十四页,本课件共有76页15优点:优点:操作简便、条件温和,不会引起生物操作简便、条件温和,不会引起生物组分的变性失活,载体廉价易得,而且可组分的变性失活,载体廉价易得,而且可反复使用。反复使用。缺点:缺点:对周围环境敏感,结合力弱,生物组对周围环境敏感,结合力弱,生物组分容易脱落分容易脱落。第十五页,本课件共有76页16(二)离子交换吸附法(二)离子交换吸附法 选用具有离子交换的载体,使生物组选用具有离子交换的载体,使生
8、物组分与离子交换剂通过分与离子交换剂通过离子键离子键结合,形成固结合,形成固定化层。定化层。常用载体有离子交换树脂、二乙胺乙基纤常用载体有离子交换树脂、二乙胺乙基纤维素、四乙胺乙基纤维素、氨乙基纤维素、羧维素、四乙胺乙基纤维素、氨乙基纤维素、羧甲基纤维素等。甲基纤维素等。制备的固定化酶有葡萄糖淀粉酶、胆固醇制备的固定化酶有葡萄糖淀粉酶、胆固醇氧化酶等。氧化酶等。第十六页,本课件共有76页离子交换树脂的结构n具有三维空间立体结构的网络骨架具有三维空间立体结构的网络骨架n联接在骨架上的活性基团联接在骨架上的活性基团n活性基团带有可交换的活性离子活性基团带有可交换的活性离子第十七页,本课件共有76页
9、二、夹心法二、夹心法 将生物活性材料封闭在双层滤膜之间。将生物活性材料封闭在双层滤膜之间。特点:特点:操作简单,不需要任何化学处理,固定生操作简单,不需要任何化学处理,固定生物量大,响应速度快,重现性好,尤其适用于物量大,响应速度快,重现性好,尤其适用于微生物和组织膜的制作。微生物和组织膜的制作。第十八页,本课件共有76页举例举例微生物膜制备的一般步骤微生物膜制备的一般步骤:将微生物培养离心,洗涤,悬浮;将微生物培养离心,洗涤,悬浮;测定菌体浓度;测定菌体浓度;取一定量的菌悬液滴到滤膜上;取一定量的菌悬液滴到滤膜上;将水抽干,使菌体成一薄层均匀附着于膜表面;将水抽干,使菌体成一薄层均匀附着于膜
10、表面;在菌体层上覆盖一层透气膜或微孔滤膜,让微生在菌体层上覆盖一层透气膜或微孔滤膜,让微生物夹在两层膜之间。物夹在两层膜之间。第十九页,本课件共有76页BODBOD(生化需氧量)微生物传感器结构示意图(生化需氧量)微生物传感器结构示意图第二十页,本课件共有76页 BODBOD微生物传感器的电流响应微生物传感器的电流响应 第二十一页,本课件共有76页22三、包埋法三、包埋法 包埋法是将生物组分包埋并固定在高包埋法是将生物组分包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构基质中,形分子聚合物三维空间网状结构基质中,形成稳定生物组分敏感膜。成稳定生物组分敏感膜。第二十二页,本课件共有76页23优点:优点:
11、可采用温和的实验条件及多种凝胶聚可采用温和的实验条件及多种凝胶聚合物;合物;对生物组分的活性影响较小;对生物组分的活性影响较小;可固定高浓度的生物组分可固定高浓度的生物组分,被包埋物不易被包埋物不易渗漏等。渗漏等。第二十三页,本课件共有76页24缺点:缺点:分子量大的底物在凝胶网格内扩散较困分子量大的底物在凝胶网格内扩散较困难,响应速度较慢;难,响应速度较慢;若载体是合成凝胶,在聚合物形成过程若载体是合成凝胶,在聚合物形成过程中对生物组分的活性可能产生影响。中对生物组分的活性可能产生影响。第二十四页,本课件共有76页25包埋法包括三种:包埋法包括三种:聚合物膜包埋法聚合物膜包埋法 电聚合物膜包
12、埋法电聚合物膜包埋法 溶胶溶胶-凝胶包埋法凝胶包埋法第二十五页,本课件共有76页26聚合物膜包埋法聚合物膜包埋法 将生物组分与聚合物单体混合而使生将生物组分与聚合物单体混合而使生物组分包埋于其中,制备成具有生物活性物组分包埋于其中,制备成具有生物活性的敏感膜。的敏感膜。第二十六页,本课件共有76页27电聚合物膜包埋法电聚合物膜包埋法 将聚合物单体和生物活性物质同时混合于将聚合物单体和生物活性物质同时混合于电解液中,通电使单体在电极表面氧化而聚合电解液中,通电使单体在电极表面氧化而聚合成膜,同时将生物活性物质包埋于聚合物膜内,成膜,同时将生物活性物质包埋于聚合物膜内,直接固定于电极表面,构成生物
13、传感器。直接固定于电极表面,构成生物传感器。第二十七页,本课件共有76页28优点:优点:聚合层厚度和酶量容易控制聚合层厚度和酶量容易控制 修饰层重现性好。修饰层重现性好。第二十八页,本课件共有76页29溶胶溶胶-凝胶膜包埋法凝胶膜包埋法溶胶溶胶-凝胶凝胶(sol-gel)技术技术 指有机或无机化合物经过溶液、指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、溶胶、凝胶凝胶而固化,再经过热处理制得氧化物或其而固化,再经过热处理制得氧化物或其它化合物固体的方法。它化合物固体的方法。第二十九页,本课件共有76页30 溶胶(溶胶(Sol):是):是具有液体特征的胶体体系,具有液体特征的胶体体系,分散的粒子是固体或者大
14、分子,分散的粒子是固体或者大分子,直径直径在在1-100nm之间。之间。凝胶(凝胶(Gel):):是具有固体特征的胶体体是具有固体特征的胶体体系,被分散的物质形成三维网状结构。系,被分散的物质形成三维网状结构。第三十页,本课件共有76页31溶胶溶胶无固定形状无固定形状粒子自由运动粒子自由运动凝胶凝胶固定形状固定形状粒粒子子按按一一定定网网状状结结构构固定不能自由运动固定不能自由运动溶胶与凝胶的结构比较溶胶与凝胶的结构比较第三十一页,本课件共有76页溶胶溶胶-凝胶的典型例子:凝胶的典型例子:豆浆(豆浆(sol)豆腐(豆腐(gel)第三十二页,本课件共有76页33(2 2)溶胶)溶胶凝胶的制备凝胶
15、的制备 金属或半金属醇盐在水、互溶剂(一般为醇)及金属或半金属醇盐在水、互溶剂(一般为醇)及催化剂(酸或碱)发生催化剂(酸或碱)发生水解反应水解反应,形成羟基化的产物,形成羟基化的产物和相应的醇。和相应的醇。未羟基化的烷氧基与羟基或两羟基间发生缩合未羟基化的烷氧基与羟基或两羟基间发生缩合形成胶体状的混合物,即形成胶体状的混合物,即溶胶溶胶,水解和缩合过程同,水解和缩合过程同时进行;时进行;最后胶粒间发生聚合、交联,使溶胶黏度逐渐最后胶粒间发生聚合、交联,使溶胶黏度逐渐增大,形成增大,形成凝胶凝胶。第三十三页,本课件共有76页34 第三十四页,本课件共有76页35第三十五页,本课件共有76页 硅
16、烷聚合物凝胶的立体构造硅烷聚合物凝胶的立体构造 第三十六页,本课件共有76页37 图图 溶胶溶胶-凝胶法包埋活性分子的过程凝胶法包埋活性分子的过程 溶胶溶胶凝胶法包埋生物活性分子通常只是物理结合过凝胶法包埋生物活性分子通常只是物理结合过程。程。a)a)溶胶溶液溶胶溶液b)b)将活性分子加入溶胶溶液将活性分子加入溶胶溶液c)c)凝胶开始形成凝胶开始形成d)d)活性分子被包埋在凝胶中。活性分子被包埋在凝胶中。第三十七页,本课件共有76页38(3 3)溶胶)溶胶凝胶法的特点凝胶法的特点光学透光性强;光学透光性强;无电化学降解,具有导电性且易控制;无电化学降解,具有导电性且易控制;热稳定性好,具有化学
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